Prosessimetallurgian professori Timo Fabritius: ”Terästeollisuuden päästöjen vähentämisessä jokaisella tutkimallamme pelkistysmenetelmällä on oma paikkansa”

Kun H2FUTURE-tutkimusohjelman varajohtaja Timo Fabritius aloitti prosessitekniikan opinnot Oulun yliopistossa syksyllä 1992, prosessimetallurgian opetus oli uutta. Se oli käynnistynyt edellisenä vuonna teollisuuden tarpeesta: alan yritykset tarvitsivat diplominsinöörejä tehtailleen muun muassa Raaheen ja Tornioon. Fabritiusta metallien valmistuksessa kiinnosti se, että hän pystyi hahmottamaan, mitä alalla käytännössä tehdään.

Opinnot etenivät nopeasti, ja diplomityö löytyi yliopiston ja Outokummun yhteisestä hankkeesta. Porin tutkimuskeskuksessa Fabritius perehtyi ruostumattoman teräksen valmistuksessa käytettävän konvertterin virtauksiin fysikaalisen mallinnuksen avulla. Yliopistolla hän aloitti tutkijana vuonna 1996.

”Olin ajatellut, että lähden teollisuuteen, mutta en kuitenkaan lähtenytkään”, Fabritius kertoo.

Tarve prosessimetallurgian uusille, päästöjä vähentäville innovaatioille on osoittautunut ajan myötä olevan huomattava: terästeollisuus aiheuttaa globaalisti noin kahdeksan prosenttia kaikista päästöistä. Fabritiuksen alalla viihtymiseen on vaikuttanut tämän lisäksi vahvasti myös tiivis kansainvälinen yhteisö. Vaikka prosessimetallurgian vaikutuksen mittakaava on suuri, itse tutkimusaihe on varsin spesifi:

”Tutkimusalamme on lopulta aika pieni, ja lähes kaikki tutkijat tuntevat toisensa.”

Prosessimetallurgian tutkimusyhteisö on kasvanut kansainväliseksi – vety siivittää tutkimusta

Fabritiuksen uran aikana Oulun yliopiston prosessimetallurgian tutkimusyhteisö on kasvanut alle 20 hengestä yli 50 hengen yhteisöksi. Samalla toiminta on kansainvälistynyt - Fabritiuksen mukaan nykyisin Oulun yliopiston prosessimetallurgia kuuluu tutkimustoiminnan laajuudella mitattuna Euroopan kolmen suurimman toimijan joukkoon. Tästä kertoo myös haastatteluhetkellä käynnissä olevat yli kymmenen EU-hanketta.

2020-luvulla tutkimuksen painopiste on siirtynyt yhä enemmän vetyyn ja sen käyttöön. Fabritius näkee metallurgisen teollisuuden mahdollisena suurena vedyn käyttäjänä erityisesti prosesseissa, joissa hiiltä on muuten vaikea korvata.

Vuodesta 2023 käynnissä olleella H2FUTURE-tukimusohjelmalla on hänen mukaansa ollut tärkeä osansa kehityksessä. Ohjelman aikana tehty professorirekrytointi on avannut yhteyksiä tutkimuksessa tarvittavien korkealaatuisten rautaraaka-aineiden toimittajiin, ja ohjelma on myös lisännyt tutkimuksen näkyvyyttä sekä vahvistanut edellytyksiä hakea EU-rahoitusta. Alkuvaiheen epämääräisistä odotuksista on edetty kohti tarkempaa käsitystä vedyn käyttömahdollisuuksista myös teollisessa mittakaavassa.

Fabritius muistaa ajan, jolloin vedyn merkitys alkoi nousta keskusteluissa, mutta yhteistyökumppanit, teknologiset vaihtoehdot ja tulevan toiminnan mittakaava olivat vielä avoimia. ”Oli sellainen olo, että tästä tulee iso juttu, mutta ei oikein tiedetty, millä lailla, kenen kanssa ja kuinka iso.”

Terästeollisuuden muutos ei ratkea yhdellä menetelmällä

Vetypelkistyksessä vetyä käytetään rautaoksidin pelkistämiseen metalliseksi raudaksi. Oulussa tutkitaan sekä kuilu-uunissa tapahtuvaa vetypelkistystä että vetyplasmapelkistystä. Ensimmäisessä tarkastellaan muun muassa sitä, miten rautaraaka-aineesta valmistetut pelletit käyttäytyvät uunin muuttuvissa olosuhteissa. Jälkimmäinen voisi puolestaan mahdollistaa heikompilaatuisten materiaalien ja teollisuuden sivuvirtojen hyödyntämisen.

Fabritius ei pidä eri menetelmiä toistensa suorina korvaajina. Sopivaan ratkaisuun vaikuttavat raaka-aineet, sähkön hinta ja saatavuus sekä tehtaan nykyiset prosessit ja niissä syntyvät sivuvirrat.

”Maailmanlaajuisesti pieneksi jäävä teknologia voi olla tietyssä käyttökohteessa paras vaihtoehto. Ajattelen, että kaikkia näitä menetelmiä tarvitaan. Jokaisella on oma paikkansa.”

Uusien teknologioiden rinnalla on hänen mielestään tutkittava myös olemassa olevien masuunien päästöjen vähentämistä esimerkiksi vetypitoisten kaasujen avulla. Fabritius arvioi, että masuuneja on maailmalla käytössä vielä kahdenkymmenen vuoden kuluttua. Kokenut tutkija suhtautuu varovaisesti odotukseen, että teräksenvalmistuksen päästöt saataisiin tässä ajassa lähelle nollaa: jo päästöjen puolittaminen olisi hänen mukaansa hyvä saavutus.

Rauta voisi myös varastoida energiaa

Yksi Fabritiusta tällä hetkellä kiinnostavista tutkimussuunnista yhdistää vetypelkistyksen energian varastointiin. Ajatuksena on tuottaa vetyä ja pelkistää rautaa silloin, kun uusiutuvaa sähköä on saatavilla. Myöhemmin raudan hapettamista vesihöyryllä voitaisiin hyödyntää energian saamiseksi käyttöön. Näin sähköenergiaa varastoitaisiin vedyn avulla kemialliseen muotoon.

Toinen mielenkiintoinen tutkimuskohde on kotimaisten rautapitoisten raaka-aineiden ja kaivosten sivuvirtojen soveltuvuus teräksenvalmistukseen. Fabritius näkee niiden hyödyntämisessä myös huoltovarmuuteen liittyviä mahdollisuuksia. Kyse on tutkimuskysymyksistä, joiden ratkaiseminen voisi yhdistää teollisuuden raaka-ainetarpeet laajempiin yhteiskunnallisiin tarpeisiin.

”Ei tarvitse ruveta päällään seisomaan” – hankalasta asiasta ei kannata ryhtyä tekemään vielä vaikeampaa

Kun Fabritiukselta kysyy uran kohokohtia, hän ei osaa nostaa esiin yksittäistä omaa saavutustaan. Sen sijaan mieleen tulevat yhteisellä työllä saadut isot hankerahoitukset ja ohjattujen väitöskirjojen valmistuminen monien haastavienkin vaiheiden jälkeen. Tutkimuksen eteneminen on hänelle ennen kaikkea yhdessä tekemistä.

Vaikeiden asioiden äärellä häneltä kuultu sanonta on: ”Ei tarvitse ruveta päällään seisomaan.” Ajatuksena on, ettei hankalasta asiasta ainakaan itse tehtäisi vielä vaikeampaa. Juuri sen viestin hän haluaisi myös nuoremmille tutkijoille välittää; lempeämpää otetta ja kärsivällisyyttä silloin, kun asiat eivät nytkähdäkään heti liikkeelle.

Fabritius korostaa pitkäjänteisyyttä myös tutkimuksen suunnittelussa. Aikaa pitäisi jäädä sen pohtimiseen, mitä kannattaa tehdä ja miten uusi työ rakentuu aiemman osaamisen varaan. Suuntaa voi muuttaa, mutta toiminnan ei pitäisi perustua pelkästään kulloistenkin rahoitushakujen seuraamiseen.

”On sattumalla ja onnella aina paikkansa tietenkin, mutta jos pitkässä juoksussa yritetään tehdä asioita mahdollisimman fiksusti, kyllä ne sitten yleensä järjestyvät.”

Professori Timo Fabritius | Lyhyesti

Tehtävä: Prosessimetallurgian professori ja prosessimetallurgian tutkimusyksikön johtaja, H2FUTURE -tutkimusohjelman varajohtaja, Oulun yliopisto

Tutkimus: Raudan- ja teräksenvalmistusprosessit sekä erityisesti lämmön- ja aineensiirtoilmiöt, termodynamiikka, kemiallinen tasapaino ja reaktiokinetiikka korkean lämpötilan prosesseissa.

Tutkimusura: Fabritius väitteli vuonna 2004 ja sai professorin paikan vuonna 2010. Siitä lähtien hän on toiminut myös yksikön vetäjänä. Yli 200 tieteellistä artikkelia ja 150 konferenssijulkaisua. Ohjannut noin 120 diplomityötä ja 29 väitöskirjaa. Toiminut vastuullisena johtajana kymmenessä EU-hankkeessa, useissa kansallisissa hankkeissa sekä kahdeksassa suuressa kansallisessa tutkimusohjelmassa.

Vapaa-ajalla: Työn vastapainoksi Fabritius lukee dekkareita sekä tieto- ja historiakirjallisuutta, lenkkeilee ja mökkeilee. Erityisen tärkeää hänelle on perheen kanssa vietetty aika.